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写在前面
说明：JS数据结构与算法 系列文章的代码和示例均可在此找到
上一篇博客发布以后，仅几天的时间竟然成为了我写博客以来点赞数最多的一篇博客。欢喜之余，不由得思考背后的原因，前端er离数据结构与算法太遥远了，论坛里也少有人去专门为数据结构与算法撰文，才使得这看似平平的文章收获如此。不过，这样也更加坚定了我继续学习数据结构与算法的决心（虽然只是入门级的）
一、链表数据结构
相较于之前学习的 栈/队列 只关心 栈顶/首尾 的模式，链表更加像是数组。链表和数组都是用于存储有序元素的集合，但有几点大不相同
- 链表不同于数组，链表中的元素在内存中并不是连续放置的
- 链表添加或移除元素不需要移动其他元素
- 数组可以直接访问任何一个位置的元素，链表必须从
表头开始迭代到指定位置访问
下面是单链表的基本结构
- 长度为3的单链表
- 每个元素由一个存储元素本身
data的节点和一个指向下一个元素的引用next(也称指针或链接)组成 - 尾节点的引用
next指向为null
类比：寻宝游戏，你有一条线索，这条线索是指向寻找下一条线索的地点的指针。你顺着这条链接去下一个地点，得到另一条指向再下一处的线索。得到列表中间的线索的唯一办法，就是从起点(第一条线索)顺着列表寻找
二、链表的实现
链表的实现不像之前介绍的栈和队列一般依赖于数组（至少我们目前是这样实现的），它必须自己构建类并组织逻辑实现。我们先创建一个Node类
// 节点基类
class Node {
constructor(data) {
this.data = data;
this.next = null;
}
}一般单链表有以下几种方法：
-
append在链表尾部添加一个元素 -
insert在指定位置插入元素 -
removeAt在指定位置删除元素 -
getNode获取指定位置的元素 -
print打印整个链表 -
indexOf查找链表中是否有某个元素，有则返回索引，没有则返回-1 -
getHead获取链表头部 -
getTail获取链表尾部（有些并未实现尾部） -
size返回链表包含的元素个数 -
clear清空链表
// 初始化链表
class LinkedList {
constructor() {
this._head = null;
this._tail = null;
this._length = 0;
}
// 方法...
}下面我们来实现几个重要的方法
2.1 append方法
在链表尾部添加一个新的元素可分为两种情况：
- 原链表中无元素，添加元素后，
head和tail均指向新元素 - 原链表中有元素，更新
tail元素（如下）
代码实现
// 在链表尾端添加元素
append(data) {
const newNode = new Node(data);
if (this._length === 0) {
this._head = newNode;
this._tail = newNode;
} else {
this._tail.next = newNode;
this._tail = newNode;
}
this._length += 1;
return true;
}2.2 print方法
为方便验证，我们先实现print方法。方法虽简单，这里却涉及到链表遍历精髓
// 打印链表
print() {
let ret = [];
// 遍历需从链表头部开始
let currNode = this._head;
// 单链表最终指向null，作为结束标志
while (currNode) {
ret.push(currNode.data);
// 轮询至下一节点
currNode = currNode.next;
}
console.log(ret.join(' --> '));
}
// 验证
const link = new LinkedList();
link.append(1);
link.append(2);
link.append(3);
link.print(); // 1 --> 2 --> 32.3 getNode方法
获取指定索引位置的节点，依次遍历链表，直到指定位置返回
// 获取指定位置元素
getNode(index) {
let currNode = this._head;
let currIndex = 0;
while (currIndex < index) {
currIndex += 1;
currNode = currNode.next;
}
return currNode;
}
// 验证【衔接上面的链表实例】
console.log(link.getNode(0));
// Node { data: 1, next: Node { data: 2, next: Node { data: 3, next: null } } }
console.log(link.getNode(3)); // null2.4 insert方法
插入元素，需要考虑三种情况
- 插入尾部，相当于
append - 插入首部，替代
_head并指向原有头部元素 - 中间，需要断开原有链接并重新组合（如下）
代码实现
// 在链表指定位置插入元素
insert(index, data) {
// 不满足条件的索引值
if (index < 0 || index > this._length) return false;
// 插入尾部
if (index === this._length) return this.append(data);
const insertNode = new Node(data);
if (index === 0) {
// 插入首部
insertNode.next = this._head;
this._head = insertNode;
} else {
// 找到原有位置节点
const prevTargetNode = this.getNode(index - 1);
const targetNode = prevTargetNode.next;
// 重塑节点连接
prevTargetNode.next = insertNode;
insertNode.next = targetNode;
}
this._length += 1;
return true;
}
// 验证
link.insert(0, 0);
link.insert(4, 4);
link.insert(5, 5);
link.print(); // 0 --> 1 --> 2 --> 3 --> 4 --> 52.5 removeAt方法
在指定位置删除元素同添加元素类似
- 首部：重新定义
_head - 其他：找到目标位置的前后元素，重塑连接，如果目标位置为尾部，则重新定义
_tail
代码实现
// 在链表指定位置移除元素
removeAt(index) {
if (index < 0 || index >= this._length) return false;
if (index === 0) {
this._head = this._head.next;
} else {
const prevNode = this.getNode(index - 1);
const delNode = prevNode.next;
const nextNode = delNode.next;
// 若移除为最后一个元素
if (!nextNode) this._tail = prevNode;
prevNode.next = nextNode;
}
this._length -= 1;
return true;
}
// 验证
link.removeAt(3);
link.print(); // 0 --> 1 --> 2 --> 4 --> 52.6 其它方法
完整的链表代码，可点此获取
// 判断数据是否存在于链表内，存在返回index，否则返回-1
indexOf(data) {
let currNode = this._head;
let index = 0;
while (currNode) {
if (currNode.data === data) return index;
index += 1;
currNode = currNode.next;
}
return -1;
}
getHead() {
return this._head;
}
getTail() {
return this._tail;
}
size() {
return this._length;
}
isEmpty() {
return !this._length;
}
clear() {
this._head = null;
this._tail = null;
this._length = 0;
}三、链表的应用
3.1 基于链表实现的Stack和Queue
基于链表实现栈
class Stack {
constructor() {
this._link = new LinkedList();
}
push(item) {
this._link.append(item);
}
pop() {
const tailIndex = this._link - 1;
return this._link.removeAt(tailIndex);
}
peek() {
if (this._link.size() === 0) return undefined;
return this._link.getTail().data;
}
size() {
return this._link.size();
}
isEmpty() {
return this._link.isEmpty();
}
clear() {
this._link.clear()
}
}基于链表实现队列
class Queue {
constructor() {
this._link = new LinkedList();
}
enqueue(item) {
this._link.append(item);
}
dequeue() {
return this._link.removeAt(0);
}
head() {
if (this._link.size() === 0) return undefined;
return this._link.getHead().data;
}
tail() {
if (this._link.size() === 0) return undefined;
return this._link.getTail().data;
}
size() {
return this._link.size();
}
isEmpty() {
return this._link.isEmpty();
}
clear() {
this._link.clear()
}
}3.2 链表翻转【面试常考】
（1）迭代法
迭代法的核心就是currNode.next = prevNode，然后从头部一次向后轮询
代码实现
reverse() {
if (!this._head) return false;
let prevNode = null;
let currNode = this._head;
while (currNode) {
// 记录下一节点并重塑连接
const nextNode = currNode.next;
currNode.next = prevNode;
// 轮询至下一节点
prevNode = currNode;
currNode = nextNode;
}
// 交换首尾
let temp = this._tail;
this._tail = this._head;
this._head = temp;
return true;
}（2）递归法
递归的本质就是执行到当前位置时，自己并不去解决，而是等下一阶段执行。直到递归终止条件，然后再依次向上执行
function _reverseByRecusive(node) {
if (!node) return null;
if (!node.next) return node; // 递归终止条件
var reversedHead = _reverseByRecusive(node.next);
node.next.next = node;
node.next = null;
return reversedHead;
};
_reverseByRecusive(this._head);3.3 链表逆向输出
利用递归，反向输出
function _reversePrint(node){
if(!node) return;// 递归终止条件
_reversePrint(node.next);
console.log(node.data);
};四、双向链表和循环链表
4.1 双向链表
双向链表和普通链表的区别在于，在链表中，一个节点只有链向下一个节点的链接，而在双向链表中，链接是双向的：一个链向下一个元素，另一个链向前一个元素，如下图
正是因为这种变化，使得链表相邻节点之间不仅只有单向关系，可以通过prev来访问当前节点的上一节点。相应的，双向循环链表的基类也有变化
class Node {
constructor(data) {
this.data = data;
this.next = null;
this.prev = null;
}
}继承单向链表后，最终的双向循环链表DoublyLinkedList如下【prev对应的更改为NEW】
class DoublyLinkedList extends LinkedList {
constructor() {
super();
}
append(data) {
const newNode = new DoublyNode(data);
if (this._length === 0) {
this._head = newNode;
this._tail = newNode;
} else {
newNode.prev = this._tail; // NEW
this._tail.next = newNode;
this._tail = newNode;
}
this._length += 1;
return true;
}
insert(index, data) {
if (index < 0 || index > this._length) return false;
if (index === this._length) return this.append(data);
const insertNode = new DoublyNode(data);
if (index === 0) {
insertNode.prev = null; // NEW
this._head.prev = insertNode; // NEW
insertNode.next = this._head;
this._head = insertNode;
} else {
// 找到原有位置节点
const prevTargetNode = this.getNode(index - 1);
const targetNode = prevTargetNode.next;
// 重塑节点连接
prevTargetNode.next = insertNode;
insertNode.next = targetNode;
insertNode.prev = prevTargetNode; // NEW
targetNode.prev = insertNode; // NEW
}
this._length += 1;
return true;
}
removeAt(index) {
if (index < 0 || index > this._length) return false;
let delNode;
if (index === 0) {
delNode = this._head;
this._head = this._head.next;
this._head.prev = null; // NEW
} else {
const prevNode = this.getNode(index - 1);
delNode = prevNode.next;
const nextNode = delNode.next;
// 若移除为最后一个元素
if (!nextNode) {
this._tail = prevNode;
this._tail.next = null; // NEW
} else {
prevNode.next = nextNode; // NEW
nextNode.prev = prevNode; // NEW
}
}
this._length -= 1;
return delNode.data;
}
}4.2 循环链表
循环链表可以像链表一样只有单向引用，也可以像双向链表一样有双向引用。循环链表和链 表之间唯一的区别在于，单向循环链表最后一个节点指向下一个节点的指针tail.next不是引用null， 而是指向第一个节点head，双向循环链表的第一个节点指向上一节点的指针head.prev不是引用null，而是指向最后一个节点tail
总结
链表的实现较于栈和队列的实现复杂许多，同样的，链表的功能更加强大
我们可以通过链表实现栈和队列，同样也可以通过链表来实现栈和队列的问题
链表更像是数组一样的基础数据结构，同时也避免了数组操作中删除或插入元素对其他元素的影响
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